Ⅰ 基本鋼構件的臨界溫度

7.2.1 軸心受拉鋼構件的臨界溫度T_d應根據(jù)截面強度荷載比R按表7.2.1確定，R應按下式計算：

式中：N——火災下鋼構件的軸拉力設計值；
      A_n——鋼構件的凈截面面積；
      f——常溫下鋼材的強度設計值。

7.2.2 軸心受壓鋼構件的臨界溫度T_d，應取臨界溫度T'_d、T''_d中的較小者。臨界溫度T'_d應根據(jù)截面強度荷載比R按本規(guī)范第7.2.1條表7.2.1確定，R應按式（7.2.2-1）計算；臨界溫度T''_d應根據(jù)構件穩(wěn)定荷載比R'和構件長細比λ按表7.2.2確定，R'應按下列公式計算：

式中：N——火災下鋼構件的軸壓力設計值；
      A——鋼構件的毛截面面積；
      φ——常溫下軸心受壓鋼構件的穩(wěn)定系數(shù)。

注：表中λ為構件的長細比， f_y為常溫下鋼材強度標準值。
7.2.3 單軸受彎鋼構件的臨界溫度T_d應取下列臨界溫度T'_d、T''_d中的較小者：
    1 臨界溫度T'_d應根據(jù)截面強度荷載比R按本規(guī)范第7.2.1條表7.2.1確定，R應按下式計算：

式中：M——火災下鋼構件最不利截面處的彎矩設計值；
      W_n——鋼構件最不利截面的凈截面模量；
      γ——截面塑性發(fā)展系數(shù)。
    2 臨界溫度T''_d應根據(jù)構件穩(wěn)定荷載比R'和常溫下受彎構件的穩(wěn)定系數(shù)φ_b按表7.2.3確定T''_d，R'應按下式計算：

式中：M——火災下鋼構件的最大彎矩設計值；
      W——鋼構件的毛截面模量；
      φ_b——常溫下受彎鋼構件的穩(wěn)定系數(shù)，應根據(jù)現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017的規(guī)定計算。

7.2.4 拉彎鋼構件的臨界溫度T_d，應根據(jù)截面強度荷載比R按本規(guī)范第7.2.1條表7.2.1確定，R應按下式計算：

式中：N——火災下鋼構件的軸拉力設計值；
      M_x、M_y——火災下鋼構件最不利截面處對應于強軸和弱軸的彎矩設計值；
      A_n——鋼構件最不利截面的凈截面面積；
      W_nx、W_ny——對強軸和弱軸的凈截面模量；
      γ_x、γ_y——繞強軸和繞弱軸彎曲的截面塑性發(fā)展系數(shù)。
7.2.5 壓彎鋼構件的臨界溫度T_d應取下列臨界溫度T'_d、T''_dx、T''_dy中的最小者：

    1 臨界溫度T'_d應根據(jù)截面強度荷載比R按表7.2.1確定，R應按下式計算：

式中：N——火災下鋼構件的軸壓力設計值。
    2 臨界溫度T''_dx應根據(jù)繞強軸x軸彎曲的構件穩(wěn)定荷載比R'x和長細比λx分別按表7.2.5-1和表7.2.5-2確定，R'x應按下列公式計算：

式中：M_x、M_y——火災下所計算構件段范圍內(nèi)對強軸和弱軸的最大彎矩設計值；
      W_x、W_y——對強軸和弱軸的毛截面模量；
      N'_Ex——繞強軸彎曲的參數(shù)；
      E_s——常溫下鋼材的彈性模量；
      λ_x——對強軸的長細比；
      φ_x——常溫下軸心受壓構件對強軸失穩(wěn)的穩(wěn)定系數(shù)；
      φ_by——常溫下均勻彎曲受彎構件對弱軸失穩(wěn)的穩(wěn)定系數(shù)，應按現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017的規(guī)定計算；
      γ_x——繞強軸彎曲的截面塑性發(fā)展系數(shù)；
      η——截面影響系數(shù)，對于閉口截面，η＝0.7；對于其他截面，η＝1.0；
      β_mx——彎矩作用平面內(nèi)的等效彎矩系數(shù)，應按本規(guī)范第7.1.6條的規(guī)定計算；
      β_ty——彎矩作用平面外的等效彎矩系數(shù)，應按本規(guī)范第7.1.6條的規(guī)定計算。
    3 臨界溫度T''_dy應根據(jù)繞強軸y軸彎曲的構件穩(wěn)定荷載比R'_y和長細比λ_y分別按表7.2.5-1和表7.2.5-2確定，R'_y應按下列公式計算。

式中：N'_Ey——繞強軸彎曲的參數(shù)；
      λ_y——鋼構件對弱軸的長細比；
      φ_y——常溫下軸心受壓構件對弱軸失穩(wěn)的穩(wěn)定系數(shù)；
      φ_bx——常溫下均勻彎曲受彎構件對強軸失穩(wěn)的穩(wěn)定系數(shù)，應按現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017的規(guī)定計算；
      γ_y——繞弱軸彎曲的截面塑性發(fā)展系數(shù)。

Ⅱ 鋼框架梁、柱的臨界溫度

7.2.6 受樓板側向約束的鋼框架梁的臨界溫度T_d可根據(jù)截面強度荷載比R按本規(guī)范第7.2.1條表7.2.1確定，R應按下式計算：

式中：M——鋼框架梁上荷載產(chǎn)生的最大彎矩設計值，不考慮溫度內(nèi)力；
      W_p——鋼框架梁截面的塑性截面模量。
7.2.7 鋼框架柱的臨界溫度T_d可根據(jù)穩(wěn)定荷載比R'按本規(guī)范第7.2.2條表7.2.2確定，R'應按下式計算：

式中：N——火災時鋼框架柱所受的軸壓力設計值；
      A——鋼框架柱的毛截面面積；
      φ——常溫下軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)。

Ⅲ 防火保護層的設計厚度

7.2.8 鋼構件采用輕質(zhì)防火保護層時，防火保護層的設計厚度可根據(jù)鋼構件的臨界溫度按下列規(guī)定確定：
    1 對于膨脹型防火涂料，防火保護層的設計厚度宜根據(jù)防火保護材料的等效熱阻經(jīng)計算確定。等效熱阻可根據(jù)臨界溫度按下式計算：

    2 對于非膨脹型防火涂料、防火板，防火保護層的設計厚度宜根據(jù)防火保護材料的等效熱傳導系數(shù)按式（7.2.8-2）計算確定。

式中：R_i——防火保護層的等效熱阻（m²·℃/W）；
      T_d——鋼構件的臨界溫度（℃）；
      T_s0——鋼構件的初始溫度（℃），可取20℃；
      t_m——鋼構件的設計耐火極限（s）；當火災熱煙氣的溫度不按標準火災升溫曲線確定時，應取等效曝火時間；
      F_i/V——有防火保護鋼構件的截面形狀系數(shù)（m^-1）；
      d_i——防火保護層的設計厚度（m）；
      λ_i——防火保護材料的等效熱傳導系數(shù)[W/（m·℃）]。
7.2.9 鋼構件采用非輕質(zhì)防火保護層時，防火保護層的設計厚度應按本規(guī)范第6.2.2條的規(guī)定經(jīng)計算確定。
 

條文說明

7.2 臨界溫度法
    采用臨界溫度法進行鋼結構耐火驗算與防火保護設計時，可按下列步驟進行：
    （1） 按本規(guī)范第3.2.2條計算構件的最不利荷載（作用）效應組合設計值；
    （2） 根據(jù)構件和荷載類型，按本規(guī)范第7.2.1條～第7.2.7條計算構件的臨界溫度T_d；
    （3） 按本規(guī)范第6.2.1條計算無防火保護構件在設計耐火極限t_m時間內(nèi)的最高溫度T_m；當T_d＞T_m時，構件耐火能力滿足要求，可不進行防火保護；當T_d≤T_m時，按步驟（4）、（5）確定構件所需的防火保護；
    （4） 確定防火保護方法，計算構件的截面形狀系數(shù)；
    （5） 按本規(guī)范第7.2.8條、第7.2.9條確定防火保護層的厚度。
7.2.1～7.2.7 各類鋼構件的臨界溫度，均是根據(jù)本規(guī)范第7.1節(jié)相應構件的耐火承載力驗算公式，按構件達到耐火承載力極限狀態(tài)時的溫度為臨界溫度的定義，通過數(shù)值計算得到。
7.2.8、7.2.9 第7.2.8條中的式（7.2.8）是由本規(guī)范第6.2.3條式（6.2.3）變換得到，因此其適用條件為：火災煙氣溫度按標準火災升溫曲線確定，防火保護層為輕質(zhì)防火保護層，且臨界溫度不高于700 ℃ 。當不符合上述條件時，應按第7.2.9條確定防火保護層的厚度；本規(guī)范第6.2.2條式（6.2.2）為有防火保護的鋼構件升溫迭代公式，計算防火保護層的厚度需要多次試算，具體可按以下步驟進行：
    （1） 假定防火保護層厚度，按本規(guī)范第6.2.2條式（6.2.2）計算鋼構件在設計耐火極限時間內(nèi)的最高溫度T_m；
    （2） 比較構件的臨界溫度T_d和構件在火災下的最高溫度T_m，調(diào)整防火保護層厚度。當T_m大于T_d時應增大防火保護層厚度，以新的防火保護層厚度按式（6.2.2）重新計算T_m，直至T_m小于T_d；當T_m比T_d小很多時應減小防火保護層厚度，以使防火保護經(jīng)濟。
    根據(jù)本規(guī)范第5.3.2條、第5.3.3條，對于膨脹型防火涂料給出的是最大使用厚度、最小使用厚度的等效熱阻以及防火涂料使用厚度按最大使用厚度與最小使用厚度之差的1/4遞增的等效熱阻，因此在計算所需的防火涂層厚度時，可據(jù)此采用線性插值方法計算確定其防火層厚度。